脉冲波形
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数字电子技术-脉冲波形的产生与变换
3
锯齿波变换的应用
在数字电子技术中，锯齿波的变换常用于产生矩 形波等脉冲波形，这些波形在信号处理、测量和 控制等领域有广泛的应用。
04
脉冲波形产生与变换的方法
数字方法
数字方法是指通过数字电路和数字信号处理技术来产生 和变换脉冲波形。
数字方法可以通过编程实现各种不同的脉冲波形，如矩 形波、三角波、正弦波等。
数字电子技术-脉冲波形 的产生与变换
• 引言 • 脉冲波形的产生 • 脉冲波形的变换 • 脉冲波形产生与变换的方法 • 脉冲波形产生与变换的实际应用 • 结论
01
引言
主题简介
01
脉冲波形是指具有特定形状、幅 度、宽度和重复频率的波形，广 泛应用于数字电子技术中。
02
脉冲波形的产生与变换是数字电 子技术中的重要内容，涉及到信 号处理、通信、控制等多个领域 。
光纤通信
在光纤通信中，脉冲波形产生与变换技术用于生成高速光脉冲，实现大容量、高速的光信号传输。通 过调制技术，将数字信号加载到光脉冲上，提高通信系统的传输效率和可靠性。
在测量技术中的应用
时间测量
利用脉冲波形产生与变换技术，可以生成精确的时间间隔和频率，用于时间测量和计时 应用。例如，高精度计数器和频率计等测量仪器利用脉冲波形产生与变换技术实现高精
数字方法具有精度高、稳定性好、易于实现复杂波形等 优点。
数字方法还可以实现脉冲波形的调制和解调，广泛应用 于通信、雷达、测控等领域。
模拟方法
01
模拟方法是指通过模拟 电路和模拟信号处理技 术来产生和变换脉冲波 形。
02
模拟方法具有简单、直 观、易于实现等优点。
03
模拟方法可以通过简单 的RC电路、LC电路等实 现矩形波、锯齿波等基 本脉冲波形。
单元6脉冲波形的产生与整形
定义
使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域，如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位，使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域，如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据，如脉码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。 脉冲波形用于检测各种物理量，如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态，如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度，使其满足特定要求的过程。
使用电子器件（如比较器、运放等）或数字信号处理技术（如窗口函数）进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域，如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度，使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号，通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生，用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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使用时间常数较大的RC电路、数字逻辑门电路或可编程逻辑阵列等。
方法
用于定时、计数、分频等领域，如产生精确的时间延迟、控制脉冲宽度调制等。
应用
脉冲的相位整形
定义
通过改变脉冲的相位，使其满足特定要求的过程。
方法
使用移相器、延迟线或数字信号处理技术等。
用于信号合成、解调、多路复用等领域，如产生特定相位的参考信号、实现相位调制等。
脉冲波形的应用领域
通信 控制 检测 医学成像 脉冲波形在数字通信中用于传输数据，如脉码调制（PCM）和脉冲编码调制（PCM）。 脉冲波形用于检测各种物理量，如光、温度、压力和位移等。 脉冲波形用于控制各种电子设备和系统的开关状态，如电机控制和自动控制系统。 脉冲波形用于产生X射线和超声波等医学成像技术。
章节三
脉冲波形的整形
CHAPTER ONE
脉冲的幅度整形
通过改变脉冲的幅度，使其满足特定要求的过程。
使用电子器件（如比较器、运放等）或数字信号处理技术（如窗口函数）进行幅度调整。
用于信号处理、通信、测量等领域，如调整信号的功率、提高信噪比等。
脉冲的宽度整形
通过改变脉冲的宽度，使其满足特定要求的过程。
UNDERWORK
6
单元6脉冲波形产生与整形的实验与实践
WORKHARVEST
章节一
引言
CHAPTER ONE
脉冲波形的基本概念
脉冲波形是指一种短暂的、非连续的电信号，通常具有快速上升和下降的特性。 脉冲波形可以由各种电子和数字电路产生，用于控制、检测和通信等领域。 脉冲波形的基本参数包括脉冲宽度、脉冲幅度和脉冲频率等。
单元6脉冲波形的产生与整形
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脉冲波形产生与变换电路(课件)
矩形脉冲波(简称矩形波)是数字系统中最 常用的工作波形。
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态 ，维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
2
矩形脉冲波形的主要参数
图6.1.2 矩形脉冲波形的主要特征参数
3
主要参数
六个特征参数定义： ①脉冲周期 T：周期性脉冲序列中，两个相邻脉冲 出现的时间间隔。 ②脉冲幅值Um ：脉冲信号的最大变化幅值。 ③占空比D ：脉冲信号的正脉冲宽度与脉冲周期的 比值，即 D＝tW / T 。 ④脉冲宽度 tW ：从脉冲波形上升沿的 0.5Um 到下降 沿的 0.5Um所需的时间。 ⑤上升时间tr：脉冲波形由0.1Um上升到0.9Um所 需的时间。 ⑥下降时间tf：脉冲波形由0.9Um下降到0.1Um所需 的时间。
4
6.2 单稳态触发器
特点： ①有一个稳态和一个暂稳态 ②在外界触发信号作用下，能从稳态→暂稳态 ，维持一段时间后自动返回稳态 ③暂稳态维持的时间长短取决于电路内部参数 单稳态触发器的暂稳态通常都由RC电路的充放电 过程来维持。按电路中决定暂态时间的电路连接形式 不同，单稳态触发器可分为积分型和微分型两种，如 图6.2.1、6.2.5所示。
41
随着充电过程的进行，电容电压逐渐升高， 因此uI也逐渐增大。一旦uI 达到非门G1的阈值 电压UTH，多谐振荡器必将发生如下正反馈过 程：
这一正反馈过程促使G1瞬间导通、G2瞬间截止，可
得uO1 =UOL， uO =UOH。该状态被定义为第二暂稳
态。
42
②第二暂稳态自动翻转至第一暂稳态
当多谐振荡器进入第二暂稳态的瞬间，电路输
其中，74121的电路符号如图。
14
图6.2.10 集成单稳态触发器的两种工作波形
15
图6.2.12 集成单稳态触发器74121 的外部元件连接方法 （a）使用外接电阻Rext 且采用下降沿触发 （b）使用内部电 阻Rint 且采用上升沿触发
一节几种常用脉冲波形产生和整形电路
三角波产生电路的特点是频率和占空比连续可调，调节范围较广。但它的输出波形受到运算放大器性能的影响，且需要一定 的调整时间。
锯齿波产生电路
锯齿波产生电路通常由一个运算放大器和两个电容组成。输入信号通过一个电容加到运算放大器的反 相输入端，输出信号通过另一个电容反馈到运算放大器的同相输入端。通过调整电容的充放电时间， 可以获得不同频率和幅度的锯齿波。
多谐振荡器
总结词
多谐振荡器是一种能够产生方波或近似方波的脉冲整 形电路，其输出频率和占空比可以通过电路参数进行 调整。
详细描述
多谐振荡器由两个反相器串联而成，每个反相器都有 一个电容和电阻并联。当输入信号为高电平时，多谐 振荡器的输出信号为低电平；当输入信号为低电平时 ，多谐振荡器的输出信号为高电平。由于电容的作用 ，多谐振荡器的输出信号频率和占空比可以通过调整 电阻和电容的值来改变。多谐振荡器在数字电路、通 信系统和控制系统中有着广泛的应用。
脉冲幅度解调（PAD）
定义
脉冲幅度解调是将脉冲幅度调制信号还原为原始模拟信号 的过程。通过检测脉冲的幅度并将其转换为相应的模拟信 号值。
工作原理
在PAD中，输入的PAM信号被检测并转换为相应的模拟信 号。通过比较每个脉冲的幅度与预设阈值，可以还原出原 始的模拟信号波形。
应用
PAD广泛应用于数字通信、雷达、测距等领域的接收端， 用于将传输的PAM信号还原为原始的模拟信号。
应用
PFM电路广泛应用于通信、测量和控制等领域。例如，在无线电广播中，PFM用于将音频信号传输到听 众的收音机中。
脉冲频率解调（DFM）
01
定义
脉冲频率解调是一种将已调制的脉冲信号还原为原始信号的过程。在
DFM中，通过测量脉冲信号的频率来恢复原始信号。
锯齿波产生电路
锯齿波产生电路通常由一个运算放大器和两个电容组成。输入信号通过一个电容加到运算放大器的反 相输入端，输出信号通过另一个电容反馈到运算放大器的同相输入端。通过调整电容的充放电时间， 可以获得不同频率和幅度的锯齿波。
多谐振荡器
总结词
多谐振荡器是一种能够产生方波或近似方波的脉冲整 形电路，其输出频率和占空比可以通过电路参数进行 调整。
详细描述
多谐振荡器由两个反相器串联而成，每个反相器都有 一个电容和电阻并联。当输入信号为高电平时，多谐 振荡器的输出信号为低电平；当输入信号为低电平时 ，多谐振荡器的输出信号为高电平。由于电容的作用 ，多谐振荡器的输出信号频率和占空比可以通过调整 电阻和电容的值来改变。多谐振荡器在数字电路、通 信系统和控制系统中有着广泛的应用。
脉冲幅度解调（PAD）
定义
脉冲幅度解调是将脉冲幅度调制信号还原为原始模拟信号 的过程。通过检测脉冲的幅度并将其转换为相应的模拟信 号值。
工作原理
在PAD中，输入的PAM信号被检测并转换为相应的模拟信 号。通过比较每个脉冲的幅度与预设阈值，可以还原出原 始的模拟信号波形。
应用
PAD广泛应用于数字通信、雷达、测距等领域的接收端， 用于将传输的PAM信号还原为原始的模拟信号。
应用
PFM电路广泛应用于通信、测量和控制等领域。例如，在无线电广播中，PFM用于将音频信号传输到听 众的收音机中。
脉冲频率解调（DFM）
01
定义
脉冲频率解调是一种将已调制的脉冲信号还原为原始信号的过程。在
DFM中，通过测量脉冲信号的频率来恢复原始信号。
脉冲波形的产生
在通信系统中，梯形脉冲常被用作数字信号的编码方式，如曼彻斯特编码。
梯形脉冲具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，适用于长距离通信和高速数据传 输。
THANKS
感谢观看
04
脉冲波形的产生方法
数字方法产生脉冲波形
脉冲宽度调制（PWM）
通过数字方式设定脉冲的宽度，以调节输出 电压或电流的大小。
相位调制（PM）
通过数字方式改变脉冲的相位，实现信号的 合成与解调。
频率调制（FM）
通过数字方式改变脉冲的频率，以实现不同 的控制效果。
脉位调制（PPM）
通过数字方式改变脉冲的位序，实现多路信 号的编码与解码。
脉冲。
三角脉冲的宽度和幅度可以通过 调节电路中的电阻、电容等元件
来改变。梯形脉冲的产生源自梯形脉冲是一种常见的脉冲波形，其特点 是脉冲的幅度从零开始逐渐上升到最大值 ，然后保持不变，最后逐渐下降到零。
梯形脉冲的宽度和幅度可以通过调节 电路中的电阻、电容等元件来改变。
梯形脉冲可以通过数字逻辑门电路或施密 特触发器产生，当数字逻辑门电路的输入 信号发生变化时，就会产生梯形脉冲。
01
02
03
三角脉冲是一种介于矩 形脉冲和正弦波之间的 波形，具有对称的波形
曲线。
三角脉冲在信号处理中 常被用作滤波器、信号 发生器等设备的输入信
号。
通过调整三角脉冲的频 率和幅度，可以生成不 同特性的信号，用于信 号的调制、解调和滤波
等操作。
梯形脉冲在通信系统中的应用
梯形脉冲具有对称的上升沿和下降沿，能够快速地切换信号状态。
05
脉冲波形的应用实例
矩形脉冲在电机控制中的应用
01
矩形脉冲具有高电平与低电平之间切换的特性，适用于电机控 制中的开关信号。
梯形脉冲具有抗干扰能力强、传输距离远等优点，适用于长距离通信和高速数据传 输。
THANKS
感谢观看
04
脉冲波形的产生方法
数字方法产生脉冲波形
脉冲宽度调制（PWM）
通过数字方式设定脉冲的宽度，以调节输出 电压或电流的大小。
相位调制（PM）
通过数字方式改变脉冲的相位，实现信号的 合成与解调。
频率调制（FM）
通过数字方式改变脉冲的频率，以实现不同 的控制效果。
脉位调制（PPM）
通过数字方式改变脉冲的位序，实现多路信 号的编码与解码。
脉冲。
三角脉冲的宽度和幅度可以通过 调节电路中的电阻、电容等元件
来改变。梯形脉冲的产生源自梯形脉冲是一种常见的脉冲波形，其特点 是脉冲的幅度从零开始逐渐上升到最大值 ，然后保持不变，最后逐渐下降到零。
梯形脉冲的宽度和幅度可以通过调节 电路中的电阻、电容等元件来改变。
梯形脉冲可以通过数字逻辑门电路或施密 特触发器产生，当数字逻辑门电路的输入 信号发生变化时，就会产生梯形脉冲。
01
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三角脉冲是一种介于矩 形脉冲和正弦波之间的 波形，具有对称的波形
曲线。
三角脉冲在信号处理中 常被用作滤波器、信号 发生器等设备的输入信
号。
通过调整三角脉冲的频 率和幅度，可以生成不 同特性的信号，用于信 号的调制、解调和滤波
等操作。
梯形脉冲在通信系统中的应用
梯形脉冲具有对称的上升沿和下降沿，能够快速地切换信号状态。
05
脉冲波形的应用实例
矩形脉冲在电机控制中的应用
01
矩形脉冲具有高电平与低电平之间切换的特性，适用于电机控 制中的开关信号。
电针波形分类及作用
电针波形分类及作用电针疗法是一种传统中医疗法，通过在特定穴位上插入针灸针，通过电流传导来治疗疾病。
在电针疗法中，不同的波形对于疗效有着不同的作用。
下面我们将通过分类讨论电针波形及其作用。
一、脉冲波形脉冲波形是电针疗法中常见的一种波形，其特点是电流以脉冲的形式输出。
脉冲波形可以刺激神经末梢，改善神经传导功能，从而起到镇痛、舒筋活络的作用。
此外，脉冲波形还可以促进血液循环，加快新陈代谢，有助于消除疼痛和炎症。
二、连续波形连续波形是电针疗法中另一种常见的波形，其特点是电流以连续的形式输出。
连续波形可以深入刺激穴位，促使组织细胞活动，增加细胞代谢，有助于加速组织修复和恢复功能。
此外，连续波形还可以调节神经内分泌系统，改善机体内环境，有助于提高免疫力和抗病能力。
三、交替波形交替波形是电针疗法中比较特殊的一种波形，其特点是电流在正负方向之间交替变化。
交替波形可以同时刺激到不同深度的组织，促进局部血液循环和淋巴循环，有助于排除体内毒素和废物，减轻炎症反应，提高组织的自愈能力。
四、阶梯波形阶梯波形是电针疗法中较为复杂的一种波形，其特点是电流的幅度呈阶梯状变化。
阶梯波形可以模拟人体自然的生物电信号，促进神经肌肉的协调运动，有助于恢复受损神经和肌肉的功能。
此外，阶梯波形还可以调节神经末梢的兴奋性，减轻神经性疼痛，改善神经系统功能。
通过以上分类讨论，我们可以看到不同的电针波形对于疗效有着不同的作用。
在实际临床应用中，医师会根据患者的病情和具体情况选择合适的电针波形，以达到最佳的治疗效果。
同时，患者在接受电针疗法时也要密切注意医师的指导，配合治疗，以提高疗效，加快康复进程。
总的来说，电针波形在电针疗法中起着至关重要的作用，通过合理选择不同波形可以达到不同的治疗效果。
电针疗法作为一种安全有效的中医疗法，正逐渐受到越来越多患者的认可和接受。
希望通过本文的介绍，读者能对电针波形及其作用有更深入的了解，从而更好地了解电针疗法的疗效和应用范围。
07脉冲波形的产生和整形
VI VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOH
VA
VTH
R1
R2 R2
VI
VI
VT
(1
R1 R2
)VTH
当VI 1时，VO 1。
当VI 至VA VTH时，进入传输特性的放大区，故
VA VO1 VO
使电路迅速跳变到VO VOL
VA
VTH
VDD
(VDD
VT )
7.2.2施密特触发器的应用 用于波形变换
7.2.2施密特触发器的应用 用于鉴幅
7.2.2 施密特触发器的应用 用于脉冲整形
7.2.3 用施密特触发器构成的多谐振荡器
T
T1
T2
RC ln VDD VDD
VT VT
RC ln VT VT
调节R和C的大小，可以改变振荡周期
输出脉冲占空比可调
同样，若触摸金属片A时，人体感应电信号经R4、 R5加至T1基极，也能使T1导通，触发555，达到上述 效果。
练习：救护车报警音响电路
VCC (+12V)
R1 10kΩ
VCC RD
8
4
7
R2
150kΩ
555 3
vI1 6 ( A )
vC
vI2 2
R3
C1 10μF
15 0.01μF
R4
R5 10kΩ
环节,加大t
pd
。
2
第二步：为获取更大 延迟,将C的接地 端改至G1输出。
通过调整R、C 改（f R不能太大） RC常数远大于Tpd , 因此周期主要计算 RC环节
7.4.5 石英晶体多谐振荡器
1922年美国 卡第提出用石英 压电效应调制电磁振荡的频率。
脉冲波形的产生与整形详解
④CMOS型555在传输过渡时间里产生的尖 峰电流小，仅为2~3mA；而双极型555的尖峰电 流高达300~400mA。 ⑤CMOS型555的输人阻抗比双极型的要高 出几个数量级，高达1010Ω。 ⑥CMOS型555的驱动能力差，输出电流仅 为1~3mA，而双极型的输出驱动电流可达200mA.
一般说来，在要求定时长、功耗小、负载轻的场 合宜选用CMOS型555；而在负载重、要求驱动电流 大、电压高的场合，宜选用双极型的555。
二、用门电路组成的施密特触发器
将两级反相器串接起来，同时通过分压电阻把输出端的 电压反馈到输入端，就构成了施密特触发器电路。 CMOS门，阈值电压
1 VTH VDD，且R1 R2 2
R2
vI
R1
1
v O1
1 G2
vO
' vO
v 'I
G1
6.3.3 用CMOS反相器构成的施密特触发器
6.3.4 图6.3.3电路的电压传输特性 (a)同相输出 (b)反相输出
单稳态触发器
单稳态触发器的工作特性具有如下的显著特点： （1）电路在无外加触发信号作用期间，处于稳态； （2）在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂稳 态，在暂稳态维持一段时间以后，再自动返回 稳态； （3）暂稳态维持时间的长短取决于电路本身的参数 （阈值电压及外接R、C），与触发脉冲的宽度和 幅度无关。
§6.3
施密特触发器
Schmitt Trigger
施密特触发器（电路）是一种特殊的双稳态时序 电路，与一般双稳态电路比较，它具有两个明显的特点： 1.施密特触发器是一种优良的波形整形电路， 只要输入信号电平达到触发电平，输出信号就会从一 个稳态转变到另一个稳态，且通过电路内部的正反馈 过程可使输出电压的波形变得很陡。 2.对正向和负向增长的输入信号，电路有不同 的阈值电平，这是施密特触发器的滞后特性或回差特 性，提高了干扰能力，可有效滤除噪声。
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清华大学电机系王艳丹
C2
C1
uo2
1
3.4V 0.3V
0 G2 uR2 R2 uR1 UT 0
4.5V 1.4V 1.7V
t
t
(18-12)
uo1 C1 1
uo2 C2 1
R1
适当选择两个电阻的阻值， 使两个非门的静态工作点均 处于放大区，起振便比较容 R2 易。
P270：图20.3
改进后的RC耦合式振荡器 C2 C1
Why?
清华大学电机系王艳丹
(18-6)
18.3.1 环形振荡器
1. 基本环形振荡器
利用门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门 首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器。
G1 1 uo1 G2 1 uo2 G3 1 uo3
1
uo3 0
0
0
1
0
1 缺点: 频率太高 且不可调整。
t
(18-7)
设 uo3 的初始状态为0，则：
(18-19)
清华大学电机系王艳丹
G1
ui
1
uo1 R A C
1 G2
uo2
G3 & ui ui1
G1 1
G2 uo1 R A 1 C uo2
G4 1
uo4
负窄脉冲触发的积分型单稳电路
清华大学电机系王艳丹
(18-20)
ui
改进的积分型单稳触发器工作原理
0 ui1 t1 t
特点: 输出脉冲宽度不受 输入脉冲宽度的影响。
0
t
uA下降直到UT
uo2
UT 0
t2
tW
t tW=1.1RC t
(18-18)
u 上跳； u 继续下降
0
ui 0 uo1 0 t1 t3 t
ui 0 uo1 0 t1 t2 t
t
t
uA
uA t2 t
UT uo2 0
UT uo2 0 t2
t
0
G1
t
0
1
t
ui
1
uo1 R A C
G2
uo2
问题：输出端不能 产生宽于触发信号 的脉冲。
电子技术 数字电路部分
第十八章
脉冲波形的产生 和整形
清华大学电机系王艳丹 (18-1)
第十八章 脉冲波形的产生和整形
§18.1 概述 §18.2 单脉冲的产生 §18.3 连续矩形脉冲波的产生 §18.4 单稳态触发器 §18.5 555定时器的原理和应用
清华大学电机系王艳丹
(18-2)
§18.1 概述
0.3V 0
t
4.5V
uA
1.4V 0 1.7V
t
当R1=R2=R、C1=C2=C时，输出信号的周期近似为:
T 1.4 RC
清华大学电机系王艳丹 (18-14)
18.3.3 石英晶体多谐振荡器
石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。
C0 >>C L C0 电路符号 C R 很小，可忽 略。
等效电路
CLR 0 1 1 A 1 0 0 B 0 1 1 Q 0 0 0 Q 1 1 1 说明 稳态
触发
清华大学电机系王艳丹
(18-23)
74LS123输出脉冲宽度的三种控制方法: 1. 基本脉冲宽度由外接电阻( RT )、电容 ( CT )决 定，当CT > 1000PF 时，脉宽 tW 应为： tW = 0.45 RT CT 2. 在清零端( CLR )加清0负脉冲，可提前终止输出 脉冲，如下图所示: CLR Q tW
清华大学电机系王艳丹 (18-24)
3. 通过在 A 端或 B 端加再触发脉冲，可使输 出脉冲的宽度加宽: B Q tw 由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大输 出脉冲的宽度，所以，它被称为可再触发式 单稳。
清华大学电机系王艳丹 (18-25)
tW
18.4.3 单稳态触发器的应用
单稳的应用多种多样，如：整形、延时控 制、定时顺序控制等等。 例1：脉冲整形控制。（P274 例20.1） 例2：延时控制。 （P274 例20.2）
G1 1
uo1
G2 1
uo2 100 C R
A RS
G3 1 uo
t
假设：开始时uo=0
(1) 电容上的电流流向A t 点，uA下降，只要 uA>UT ，uo不翻转。
t
(2) 当uA下降到UT时，uo翻 转，uo1、uo2也随之翻 转。 由于u 不能突变，当u 发生下跳时,uA有一突 变。
C o1
t
(18-9)
G1
1
G2 1
uo2 100 C R
uo 0 uo1 0 uo2 0 uA UT 0 U
清华大学电机系王艳丹
1
A RS
G3 1 uo
t
这时，由于 uo2>uo1，电 容电流方向如图，uA上 升。只要uA<UT，uo就 t 不翻转。 (3) 当uA上升到uA=UT 时， uo、uo1、uo2翻转。
清华大学电机系王艳丹 (18-33)
分压器给 两个比较器提供基准电压。 A1 ： 2VCC / 3 A2 ： VCC / 3
VCC TH 6 CO 5 TR D
2 7 R 8 R +
A1
RD
4 R Q S Q 1 3 uo
电 源 VCC
8 1
放 阈 电控 电 值 压制 D TH CO
7 6 5 4
uo1
0
t
0 uA G3 & ui ui1 G1 1 G2 uo1 RA 1 C uo2 G4 1 uo4 UT 0 0
t
t t
uo2
负窄脉冲触发的积分型单稳电路
清华大学电机系王艳丹 (18-21)
18.4.2 集成单稳组件介绍
74LS123。 74LS123 包括两个独立的单稳， 其管脚图如下：
清华大学电机系王艳丹
(18-4)
Q
&
Q &
+5V
电路中引入了基本R-S触发 器。 触发器的输入端低电平有效。 每按一次按钮，Q端就输出一个 正脉冲，Q’端输出一个负脉 冲。 Q
SB
可防抖动的单脉 冲发生电路
Q
清华大学电机系王艳丹
(18-5)
§18.3 连续脉冲的产生
脉冲波发生器又称多谐振荡器。 脉冲波发生器的电路构成： 分立元件构成； 由集成电路构成。 （本章重点）
VCC TH 6 CO 5 TR D
2 7 R 8 R + R +
A 1 A 1
RD
4 R Q S Q 1 3 uo
一个 RS 触发器; 一个反相器; 一个开关管（T）； 一个分压器（由三个 等值电阻组成）； 两个电压比较器（分 别由A1、A2组成 ）。
T
1
555定时器的内部电路图
VCC：4.5V ~ 18V
Q1 DW1 B A
7 4 L S 1 9 4:
S1 = 0
清华大学电机系王艳丹
S0 = 1
(18-29)
74 LS194: 除了清零， 就是右移。
用波形图表示如下:
CP A B C D E F G H
注意 右移输入 R = 1
去掉单稳延时，则 八个发光二极管的显示效果 为 “右移逐个亮”，并且一直亮下去 。
>2VCC / 3 <2VCC / 3 <2VCC / 3 VCC
阈值端 8 R + R +
>VCC / 3 <VCC / 3 >VCC / 3
TH 6 CO 5 TR D
A 1 A1
R Q S Q 1 3 uo
1 0 0 1
触发端 2 7 R
DW2 Q2 A
Q1 DW1 B A
(18-28)
时钟
E A CP B C D CP QA QB QC QD 74LS194 ( 1 ) S1 CLR R1 R C1 S0 S1 QA QB QC QD 74LS194 ( 1 ) CLR + 5V R R2 S0 C2 F G H
移位输入
DW2 Q2 A
清华大学电机系王艳丹 (18-17)
18.4.1 积分型单稳态触发器的工作原理
G1
ui
1
uo1 R A C
1 G2
uo2
ui
0
uo1 在 ui 脉冲到来以前，uo1是高 电平，uo2是高电平。
ui 正 跳变 uo1 负跳变 uA 不 突变 C放电
o2 清华大学电机系王艳丹 A
t1
t
uA
uo2负 跳变
R +
A1
555
2 3
T
1
GND TR 地 触 发
Uo 输 出
RD 复 位
(18-34)
555定时器的内部电路图
清华大学电机系王艳丹
比较的结果
阈值端
TH
触发端
TR
R 1 0 0 RD
4
S 0 1 0 Q=0，T导通，uo=“1” Q=1，T截止，uo=“0” 保持 RS 触发器功能表 R S 0 1 0 1 Q 0 1 Q 1 0
VCC 1RT /CT 1CT 16 15 14 1Q 13 2Q 2CLR 2B 11 12 10 CLR Q Q CLR 7 8 2Q 2CT 2RT /CT GND 5
(18-22)
2A 9
Q Q
1 1A
清华大学电机系王艳丹
2
3
4
6
1B 1CLR 1Q
单稳的翻转时刻取决于 A、B、CLR 三个输入相与 的结果，具体参见功能表。 74LS123功能表
C2
C1
uo2
1
3.4V 0.3V
0 G2 uR2 R2 uR1 UT 0
4.5V 1.4V 1.7V
t
t
(18-12)
uo1 C1 1
uo2 C2 1
R1
适当选择两个电阻的阻值， 使两个非门的静态工作点均 处于放大区，起振便比较容 R2 易。
P270：图20.3
改进后的RC耦合式振荡器 C2 C1
Why?
清华大学电机系王艳丹
(18-6)
18.3.1 环形振荡器
1. 基本环形振荡器
利用门电路的传输延迟时间，将奇数个与非门 首尾相接，就可以构成一个简单的环形振荡器。
G1 1 uo1 G2 1 uo2 G3 1 uo3
1
uo3 0
0
0
1
0
1 缺点: 频率太高 且不可调整。
t
(18-7)
设 uo3 的初始状态为0，则：
(18-19)
清华大学电机系王艳丹
G1
ui
1
uo1 R A C
1 G2
uo2
G3 & ui ui1
G1 1
G2 uo1 R A 1 C uo2
G4 1
uo4
负窄脉冲触发的积分型单稳电路
清华大学电机系王艳丹
(18-20)
ui
改进的积分型单稳触发器工作原理
0 ui1 t1 t
特点: 输出脉冲宽度不受 输入脉冲宽度的影响。
0
t
uA下降直到UT
uo2
UT 0
t2
tW
t tW=1.1RC t
(18-18)
u 上跳； u 继续下降
0
ui 0 uo1 0 t1 t3 t
ui 0 uo1 0 t1 t2 t
t
t
uA
uA t2 t
UT uo2 0
UT uo2 0 t2
t
0
G1
t
0
1
t
ui
1
uo1 R A C
G2
uo2
问题：输出端不能 产生宽于触发信号 的脉冲。
电子技术 数字电路部分
第十八章
脉冲波形的产生 和整形
清华大学电机系王艳丹 (18-1)
第十八章 脉冲波形的产生和整形
§18.1 概述 §18.2 单脉冲的产生 §18.3 连续矩形脉冲波的产生 §18.4 单稳态触发器 §18.5 555定时器的原理和应用
清华大学电机系王艳丹
(18-2)
§18.1 概述
0.3V 0
t
4.5V
uA
1.4V 0 1.7V
t
当R1=R2=R、C1=C2=C时，输出信号的周期近似为:
T 1.4 RC
清华大学电机系王艳丹 (18-14)
18.3.3 石英晶体多谐振荡器
石英晶体振荡器常用作数字系统的基准信号。
C0 >>C L C0 电路符号 C R 很小，可忽 略。
等效电路
CLR 0 1 1 A 1 0 0 B 0 1 1 Q 0 0 0 Q 1 1 1 说明 稳态
触发
清华大学电机系王艳丹
(18-23)
74LS123输出脉冲宽度的三种控制方法: 1. 基本脉冲宽度由外接电阻( RT )、电容 ( CT )决 定，当CT > 1000PF 时，脉宽 tW 应为： tW = 0.45 RT CT 2. 在清零端( CLR )加清0负脉冲，可提前终止输出 脉冲，如下图所示: CLR Q tW
清华大学电机系王艳丹 (18-24)
3. 通过在 A 端或 B 端加再触发脉冲，可使输 出脉冲的宽度加宽: B Q tw 由于这种单稳可以通过加再触发脉冲增大输 出脉冲的宽度，所以，它被称为可再触发式 单稳。
清华大学电机系王艳丹 (18-25)
tW
18.4.3 单稳态触发器的应用
单稳的应用多种多样，如：整形、延时控 制、定时顺序控制等等。 例1：脉冲整形控制。（P274 例20.1） 例2：延时控制。 （P274 例20.2）
G1 1
uo1
G2 1
uo2 100 C R
A RS
G3 1 uo
t
假设：开始时uo=0
(1) 电容上的电流流向A t 点，uA下降，只要 uA>UT ，uo不翻转。
t
(2) 当uA下降到UT时，uo翻 转，uo1、uo2也随之翻 转。 由于u 不能突变，当u 发生下跳时,uA有一突 变。
C o1
t
(18-9)
G1
1
G2 1
uo2 100 C R
uo 0 uo1 0 uo2 0 uA UT 0 U
清华大学电机系王艳丹
1
A RS
G3 1 uo
t
这时，由于 uo2>uo1，电 容电流方向如图，uA上 升。只要uA<UT，uo就 t 不翻转。 (3) 当uA上升到uA=UT 时， uo、uo1、uo2翻转。
清华大学电机系王艳丹 (18-33)
分压器给 两个比较器提供基准电压。 A1 ： 2VCC / 3 A2 ： VCC / 3
VCC TH 6 CO 5 TR D
2 7 R 8 R +
A1
RD
4 R Q S Q 1 3 uo
电 源 VCC
8 1
放 阈 电控 电 值 压制 D TH CO
7 6 5 4
uo1
0
t
0 uA G3 & ui ui1 G1 1 G2 uo1 RA 1 C uo2 G4 1 uo4 UT 0 0
t
t t
uo2
负窄脉冲触发的积分型单稳电路
清华大学电机系王艳丹 (18-21)
18.4.2 集成单稳组件介绍
74LS123。 74LS123 包括两个独立的单稳， 其管脚图如下：
清华大学电机系王艳丹
(18-4)
Q
&
Q &
+5V
电路中引入了基本R-S触发 器。 触发器的输入端低电平有效。 每按一次按钮，Q端就输出一个 正脉冲，Q’端输出一个负脉 冲。 Q
SB
可防抖动的单脉 冲发生电路
Q
清华大学电机系王艳丹
(18-5)
§18.3 连续脉冲的产生
脉冲波发生器又称多谐振荡器。 脉冲波发生器的电路构成： 分立元件构成； 由集成电路构成。 （本章重点）
VCC TH 6 CO 5 TR D
2 7 R 8 R + R +
A 1 A 1
RD
4 R Q S Q 1 3 uo
一个 RS 触发器; 一个反相器; 一个开关管（T）； 一个分压器（由三个 等值电阻组成）； 两个电压比较器（分 别由A1、A2组成 ）。
T
1
555定时器的内部电路图
VCC：4.5V ~ 18V
Q1 DW1 B A
7 4 L S 1 9 4:
S1 = 0
清华大学电机系王艳丹
S0 = 1
(18-29)
74 LS194: 除了清零， 就是右移。
用波形图表示如下:
CP A B C D E F G H
注意 右移输入 R = 1
去掉单稳延时，则 八个发光二极管的显示效果 为 “右移逐个亮”，并且一直亮下去 。
>2VCC / 3 <2VCC / 3 <2VCC / 3 VCC
阈值端 8 R + R +
>VCC / 3 <VCC / 3 >VCC / 3
TH 6 CO 5 TR D
A 1 A1
R Q S Q 1 3 uo
1 0 0 1
触发端 2 7 R
DW2 Q2 A
Q1 DW1 B A
(18-28)
时钟
E A CP B C D CP QA QB QC QD 74LS194 ( 1 ) S1 CLR R1 R C1 S0 S1 QA QB QC QD 74LS194 ( 1 ) CLR + 5V R R2 S0 C2 F G H
移位输入
DW2 Q2 A
清华大学电机系王艳丹 (18-17)
18.4.1 积分型单稳态触发器的工作原理
G1
ui
1
uo1 R A C
1 G2
uo2
ui
0
uo1 在 ui 脉冲到来以前，uo1是高 电平，uo2是高电平。
ui 正 跳变 uo1 负跳变 uA 不 突变 C放电
o2 清华大学电机系王艳丹 A
t1
t
uA
uo2负 跳变
R +
A1
555
2 3
T
1
GND TR 地 触 发
Uo 输 出
RD 复 位
(18-34)
555定时器的内部电路图
清华大学电机系王艳丹
比较的结果
阈值端
TH
触发端
TR
R 1 0 0 RD
4
S 0 1 0 Q=0，T导通，uo=“1” Q=1，T截止，uo=“0” 保持 RS 触发器功能表 R S 0 1 0 1 Q 0 1 Q 1 0
VCC 1RT /CT 1CT 16 15 14 1Q 13 2Q 2CLR 2B 11 12 10 CLR Q Q CLR 7 8 2Q 2CT 2RT /CT GND 5
(18-22)
2A 9
Q Q
1 1A
清华大学电机系王艳丹
2
3
4
6
1B 1CLR 1Q
单稳的翻转时刻取决于 A、B、CLR 三个输入相与 的结果，具体参见功能表。 74LS123功能表